交換互聯(lián)協(xié)議之概述詳解

1.1介紹

RapidIO是基于包交換互聯(lián)協(xié)議，主要作為系統(tǒng)內(nèi)部接口使用，如：芯片間、板間的通訊，速度能在GB/S數(shù)量級(jí)。如連接處理器、內(nèi)存、內(nèi)存映射的I/O設(shè)備。這些設(shè)備可能是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、內(nèi)存子系統(tǒng)或一般目的的計(jì)算。
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RapidIO互連面向內(nèi)存映射的分布式內(nèi)存系統(tǒng)和子系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立的設(shè)備組成，它們之間使用DMA傳輸數(shù)據(jù)及設(shè)備間通過往后或往前傳輸信息以維護(hù)它們的一致性。

RapidIO是系統(tǒng)互連的一個(gè)定義。系統(tǒng)的概念，比如處理器編程模型，Cache、系統(tǒng)復(fù)位、中斷編程模型等超出了RapidIO架構(gòu)的范疇，但是，這些功能可以使用RapidIO網(wǎng)絡(luò)里提供的資源得以實(shí)現(xiàn)，比如，RapidIO架構(gòu)提供必要的操作，以支持處理器編程模型，范圍從整體存儲(chǔ)有序化以維持嚴(yán)格的一致性到弱序化。在RapidIO架構(gòu)規(guī)范里對(duì)這些方面的任何參考引用僅僅是為了描述，RapidIIO的后續(xù)規(guī)范可能會(huì)進(jìn)一步定義這些系統(tǒng)功能。

雖然，這套R(shí)apidIO規(guī)范構(gòu)建是基于分布式內(nèi)存系統(tǒng)，未來的版本會(huì)擴(kuò)展這些接口的能力和處理新的主題內(nèi)容，比如串行物理層，全局共享內(nèi)存，互相可操作性等，這些規(guī)范有滿足本規(guī)范的自己獨(dú)立的封裝。

RapidIO采用三層架構(gòu)：邏輯、通用傳輸層、物理層。

1、邏輯層：定義端點(diǎn)要求的操作協(xié)議，以及必要的交易包格式，通過這些協(xié)議進(jìn)行目標(biāo)操作。邏輯層不針對(duì)特定的傳輸或物理接口，因此，它們規(guī)定位流格式。為層架構(gòu)里的較低層添加邏輯層的必要的位。因?yàn)閼?yīng)用程序使用不同的編程模型，所以，RapidIO結(jié)構(gòu)為了支持它們，拆分成一些子協(xié)議，當(dāng)前RapioIO邏輯層協(xié)議包括：

系統(tǒng)I/O協(xié)議規(guī)范：輸入輸出邏輯協(xié)議

消息傳遞協(xié)議規(guī)范。

在各自不同的封裝下的附加邏輯層協(xié)議規(guī)范

2、傳輸層：公共傳輸層協(xié)議描述包路由尋址機(jī)制，以便將RapidIO包從一個(gè)端點(diǎn)傳遞到另一個(gè)端點(diǎn)，公共傳輸層是RapidIO所有的公共部分。
3、物理層：定義兩個(gè)設(shè)備之間的接口和傳包輸機(jī)制、流控制、電氣性能參數(shù)。

1.2 RapidIO特征集

RapidIO特征集和協(xié)議是基于通用計(jì)算和嵌入式應(yīng)用做了很多考慮，每一層的特征可以分成三類：功能方面的特征、物理方面的特征和性能方面的特征。

1.2.1邏輯層特征

如果較大量的非相關(guān)數(shù)據(jù)封裝在一個(gè)包里，消息傳輸和DMA設(shè)備能改善互聯(lián)輸效率，所以，RapidIO包格式支持不同尺寸的數(shù)據(jù)包，因?yàn)橄鬟f編程模型從本質(zhì)上說是一個(gè)非相關(guān)非共享內(nèi)存模型，在RapidIO設(shè)備里，內(nèi)存空間某些部分僅能被一個(gè)處理器或一個(gè)控制消息傳遞接口的本地設(shè)備直接存取。

包頭盡可能小以降低控制負(fù)荷并且包的組織、封裝、拆解等操作更快更有效率。隨著一個(gè)包中包含的數(shù)據(jù)增加，包的效率也增加。RapidIO支持?jǐn)?shù)據(jù)負(fù)荷最大256字節(jié)，消息對(duì)嵌入式控制應(yīng)用是非常重要的，所以，要支持大小數(shù)據(jù)域的變化和多包消息。

在系統(tǒng)里允許多次交易的并發(fā)傳輸，不僅能對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行流水交易，還能在多個(gè)設(shè)備之間分時(shí)使用接口。不具備這些特征，系統(tǒng)通過率的大部分會(huì)被浪費(fèi)掉。

1.2.1.1功能特征

許多嵌入式系統(tǒng)是多處理器系統(tǒng)，而非多處理系統(tǒng)。為了支持分布式I/O和分布式處理等要求，特別在網(wǎng)絡(luò)和路由市場(chǎng)，消息傳遞或基于軟件的一致性編程模型優(yōu)于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)類型的全局共享內(nèi)存編程模型。RapidIO支持所有的這些編程模型。

無論是非常大還是非常小的系統(tǒng)，都支持同樣的兼容的包格式，以滿足將來的擴(kuò)展和需求的變化。

讀-修改-寫原子操作對(duì)實(shí)現(xiàn)處理器之間，或者別的系統(tǒng)部件之間的同步是非常有用的。

RapidIO結(jié)構(gòu)支持50-60bit的地址，也支持較小系統(tǒng)的34bit本地地址。

如果較大量的非相關(guān)數(shù)據(jù)封裝在一個(gè)包里，消息傳輸和DMA設(shè)備能改善互聯(lián)輸效率，所以，RapidIO包格式支持變尺寸的數(shù)據(jù)包。

因?yàn)橄鬟f編程模型從本質(zhì)上說是一個(gè)非相關(guān)非共享內(nèi)存模型，RapidIO假設(shè)內(nèi)存空間某些部分僅能被一個(gè)處理器或一個(gè)相對(duì)于那個(gè)內(nèi)存空間是本地的設(shè)備直接存取。企圖存取這一部分內(nèi)存的遠(yuǎn)程設(shè)備必須通過一個(gè)控制消息傳遞接口的本地設(shè)備。

1.2.1.2物理特征

RapidIO包的定義是獨(dú)立于物理接口的寬度

協(xié)議和包的格式獨(dú)立于物理互連結(jié)構(gòu)，如點(diǎn)到點(diǎn)環(huán)節(jié)、總線型、多維交換網(wǎng)絡(luò)、雙串口連接等等

RapidIO不依賴于物理架構(gòu)的帶寬或延遲

協(xié)議處理失序的包發(fā)送和接收

在RapidIO里不要求地理尋址，設(shè)備的標(biāo)識(shí)與它的地理位置無關(guān)，但是能通過其它方式分配標(biāo)識(shí)符。

為了正確操作，某些設(shè)備有帶寬和延遲要求，RapidIO不應(yīng)該排除在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)利用這些限制。

1.2.1.3性能特征

對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，消息是非常重要的，所以為了提高效率，支持變化的大小數(shù)據(jù)域以及多包信息。

包頭盡可能小，以降低控制代價(jià)，使得包的組織、封裝、拆解效率更高。

多次交易允許并發(fā)，防止系統(tǒng)性能的浪費(fèi)。

1.2.2傳輸層特征

1.2.2.1功能特征

系統(tǒng)尺寸可以很大也可以很小，但是都是一樣的或兼容的包格式

因?yàn)镽apidIO僅有一個(gè)傳輸協(xié)議，在不同的具體的實(shí)現(xiàn)中的兼容性是被假設(shè)存在的

傳輸協(xié)議是靈活的，所以，適應(yīng)將來的應(yīng)用。

包總是被假設(shè)從一個(gè)源到一個(gè)目的地。

1.2.2.2物理特征

傳輸層定義獨(dú)立于物理接口的寬度。

在RapidIO里不要求地理尋址，設(shè)備的標(biāo)識(shí)與它的地理位置無關(guān)，但是能通過其它方式分配標(biāo)識(shí)符。

1.2.2.3性能特征

包頭盡可能小，以降低控制代價(jià)，使得包的組織、封裝、拆解效率更高。

廣播和多播能夠通過在互聯(lián)結(jié)構(gòu)中的解釋傳輸信息來實(shí)現(xiàn)。

1.2.3物理層特征

1.2.3.1功能特征

RapidIO在通訊的設(shè)備之間提供流控制機(jī)制，因?yàn)槿魏卧O(shè)備都不可能實(shí)現(xiàn)無限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)緩沖。

1.2.3.2物理特征

連接可以是：點(diǎn)到點(diǎn)單向、一進(jìn)一出、8-bit或16bit端口

物理層協(xié)議和包格式在某種程度上獨(dú)立于物理互聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然而，物理結(jié)構(gòu)假設(shè)是鏈?zhǔn)降?/p>

不依賴于物理結(jié)構(gòu)的帶寬或延遲

物理層協(xié)議處理失序和有序的包傳輸和接收

物理層協(xié)議容忍系統(tǒng)里因高頻操作或過高噪聲引起的瞬時(shí)錯(cuò)誤

1.2.3.3性能特征

物理協(xié)議和包格式允許最小的到最大的數(shù)據(jù)符合尺寸

包頭盡可能小。以減輕控制代價(jià)，使得包的組織、封裝、拆解效率更高。

系統(tǒng)允許并發(fā)交易，以防止浪費(fèi)系統(tǒng)潛在性能

電器特性允許最高可能的速度。以備將來。